智能车间关键零部件生产运行管理思路

范昊 魏涛

摘  要：为提升动车组制造企业智能车间运行管理的水平，需要开展动车组智能生产车间运行管理体系研究，规范智能生产车间运行管理，本文将依据《中国制造2025》《国家智能制造标准体系建设指南（2018年版）》等规划内容，构建动车组制造企业智能生产车间运行管理的体系要求，对面向智能生产车间运行管理的方法和模型设计进行探讨。以动车组关键部件轮对的生产过程为基础，从智能生产车间运行管理的角度，对智能生产车间的完整性、管理的有效性、信息集成性等方面进行阐述。

关键词：智能生产;智能管理;数据采集系统

中图分类号：TP391.44;TG51      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）14-0128-03

Management Ideas for Production and Operation of Key Parts in

Intelligent Workshop

——Taking EMU Manufacturing Enterprises as an Example

FAN Hao，WEI Tao

（CRRC Corporation Limited，Beijing  100039，China）

Abstract：In order to improve the level of intelligent workshop operation management of EMU manufacturing enterprises，it is necessary to carry out research on EMU intelligent production workshop operation management system and standardize the operation management of intelligent production workshop. This paper will be based on “Made in China 2025” and “National Intelligent Manufacturing Standard System Construction Guidelines（2018 Edition）” and other planning content，to build the system requirements for the intelligent production workshop operation management of EMU manufacturing enterprises，to explore the method and model design for the intelligent production workshop operation management. Based on the production process of the key components of the EMU，from the perspective of intelligent production workshop operation management，the integrity，management effectiveness and information integration of the intelligent production workshop are described.

Keywords：intelligent production;intelligent management;data acquisition system

0  引  言

智能制造是面向產品全生命周期实现泛在感知条件下的信息化制造，当前智能制造的研究与应用多集中在以机器人为代表的过程自动化等环节，并逐步深入到各子系统间的集成和制造数据的分析中，但是离全面集成应用系统的智能工厂还存在相当距离[1-5]。动车组生产领域在打造智能工厂方面具有一定的基础，但是在工厂运行管理方面存在较多的问题，不同国家、研究机构和企业的理解不尽相同，可以对动车组制造企业智能工厂运行管理的体系架构进行思路探讨，以此来指引动车组制造企业生产管理迈向快速、健康的智能工厂之路，提高制造水平和核心竞争能力，是具有现实意义的研究课题。

1  动车组制造企业智能工厂管理运行基础

动车组制造企业智能工厂以智能生产、智能管理为核心，需要以以下参与要素作为基础：工厂管理方面已建立企业资源计划管理系统（ERP），供应链管理模块能实现采购、外协、物流的管理与优化;生产制造方面已建立车间制造执行系统（MES），实现计划、排产、生产、检验的全过程闭环管理，并与ERP集成;已建立生产过程数据采集和分析系统，充分采集制造进度、现场操作、质量检验、设备状态等生产现场信息，并与MES实现数据集成和分析;已建立车间级的工业通信网络，系统、装备、零部件以及人员之间实现信息互联互通和有效集成;已建立工厂总体设计、工艺流程及布局的数字化模型，进行模拟仿真，实现规划、生产、运营全流程数字化管理，相关数据进入企业核心数据库。

智能工厂管理需要对运行管理所必需的产品信息、设备信息、库存信息等进行采集处理和分析[3]。其中，产品信息应对产品全生命周期过程实现跟踪，包括生产过程中所需要的各种物料，监测生产系统物流状态;设备信息应支持采集设备动态信息以及工具状态信息，在此基础上综合评定设备当前状况并进行决策;库存信息应实现库存货物及其状态的可视化跟踪、可视化查询结果的输出、自动生成库存操作单据，为管理者提供多方位、直观的统计信息。

运行管理方法则应综合应用现代管理技术、计算机技术、信息技术与网络通信技术、自动化技术、制造技术以及系统工程的理论方法和先进管理方法，将生产过程中人、技术和管理三要素及其信息流和物流进行有机集成，优化运行，实现产品高质量、低消耗地生产。同时对制造过程中的设计、工艺、工况、设备等信息进行融合处理，实现对各种资源的控制[4]。

2  动车组智能工厂关键零部件轮对生产运行管理

结合动车组关键零部件轮对智能生产的生成过程，针对生产线中车轮加工、车轴加工、轮对涂装、齿轮箱组装等关键工序的智能排产、智能物流、智能选配、智能检测、数据采集、智能决策分析等业务过程提出运行管理思路。

对于动车组、地铁、客车的轮对生产线，管理内容主要分为车轴生产、车轮生产、齿轮箱组装、轮对压装、轮对轴箱组装五个部分。轮对智能生产管理建立在智能工厂基础之上，以制造执行为核心，以感应技术、信息物理系统等新一代信息技术为支撑，对车轮、车轴、齿轮箱、轮对压装等生产过程进行管理。轮对智能生产主要体现在管理智能化、生产智能化两方面，管理智能化包括轮对生产计划管理;生产智能化包括轮对的工序作业计划、加工过程管理、质量检测管理、轮轴等关键部件的质量追溯和跟踪管理、车间领送料管理、产品档案管理、车轴和轮对的智能选配管理，利用业务控制平台、目视化管理、信息推送等手段开展运行管理。为保障智能工厂顺畅运行，建立和智能设备和管理系统相匹配的制度保障体系，明确管理对象、职责、质量保障、安全保障等。

3  轮对智能生产管理体系的主要功能

轮对智能生产管理的总体目标是针对车轴生产、车轮生产、齿轮箱组装、轮对压装、轮对轴箱等各加工单位进行有限能力计划编制与作业调整、生产资源准备与作业指导、生产物料管理、生产过程可视化管理、设备运维管理及全过程质量跟踪与追溯。制造执行主要功能如图1所示。

（1）作业计划。可根据订单优先级进行排产，涵盖了计划编制、计划维护、计划下达、计划反馈、计划变更等业务操作，最终分解可指导轮对车间安排生产的可执行计划。

（2）作業调度。包括作业派工、调整、完工汇报功能，根据设备状态和缓冲区内物料情况，实时对车轴、车轮、轮对等物料进行智能调度，将工作任务指派到轮对生产线、工位和人员，现场人员根据任务分派进行开工、完工确认等。

（3）生产执行。通过严格的控制和闭环反馈机制严控车间现场作业，防止加工过程中出现错误，提高实物与信息流的一致性，系统应支持对作业与领料相关逻辑进行控制。

（4）生产准备。对生产所需刀具、工装夹具、图纸、文档、工资卡片、数控程序等资源进行定义，并能够清晰明确资源准备的责任。

（5）作业指导。对轮对生产制造工艺进行可视化展示。

（6）物料管理。对轮对车间生产物料的精细化管理，按照车间生产计划实现生产用料的领用、配送、交接、退库，强化计划对车间实际生产的控制能力。

（7）现场监控。实现对轮对智能生产过程的管理要求，对流程作业、关联业务进行监控、提醒、预警。能够完整展示轮对车间作业进度、班组（单元）、人员工时、废品率等分类统计功能。

（8）设备管理。支持轮对车间生产制造设备、工装的运行、维护状态的管理。

（9）质量管理。包括质检流程管理、质检数据管理功能。通过车轴、车轮压装数据和加工数据的统计分析，以质量最优为目标，分析生产过程工艺参数，保证产品一致性与稳定性。

（10）能效分析。可预置和定义KPI考核指标进行计算与统计，如产品制造周期、计划完成率、在制品周转率，支持完整的车间、班组、人员工时、废品等分类统计功能，以辅助车间考核及绩效的管理。

（11）数据采集。可实时对加工、检测、涂装、组装等智能装备的数据采集与管理。

4  轮对智能生产运行管理过程

4.1  轮对运行管理范围

轮对智能生产管理主要是车轴生产、车轮生产、齿轮箱组装、轮对压装、轮对轴箱组装过程，利用制造执行系统以及其他信息技术，对轮对的生产运行进行信息监控和处理。通过对生产线全过程数据的自动采集，对数据进行挖掘，自动统计并生成各种报表，提供决策依据和决策建议，以期达到降低生产成本、提高效率和保证质量的目的，如图2所示。

4.2  车轴生产过程运行管理

（1）工艺管理。按照计划排产结果，物流配送系统将车轴毛坯配送到车轴自动加工检测涂装生产线，并在智能设备上加工生产，经检验合格后，准备进入轮对自动压装生产线。

（2）运行管理关键信息。加工生产过程中，将加工标准、产品信息（单件跟踪号）、质量信息（合格判定）、车轴检测数据等传入制造执行系统。

（3）信息处理与利用。制造执行系统记录传入的产品信息，并记录单件跟踪号、车轴外径尺寸数据、智能设备的运行状态信息、工序执行状态、合格判定结果等信息，作为智能分析、决策与控制的基础。对异常信息根据已定义规则按角色推送给相关责任人或管理人员，相关人员根据管理规范要求处理异常信息。

4.3  车轮生产过程运行管理

在工艺过程中，车轮毛坯经过加工、检测、涂装工序后，进行轮盘组装或进入轮盘库。在加工生产过程中，将加工标准、产品单件跟踪号、合格判定、轮盘的外径、内径尺寸等数据传入制造执行系统。制造执行系统记录传入的产品信息，并记录单件跟踪号、轮盘的内、外径尺寸、智能设备的运行状态信息、工序执行状态、合格判定结果等信息，作为智能分析、决策与控制的基础。对异常信息根据已定义规则按角色推送给相关责任人或管理人员，由相关人员根据管理规范要求处理异常信息。

4.4  轮对压装过程运行管理

车轮、车轴经过上料、测试处理后，放入预组装工位，压装机小车取料压装后，由机械手将轮对转移至后续工位。预加工前制造执行系统根据系统内记录的车轮内外径数据、车轴的外径数据，自动选配。当出现无配对信息等异常情况，系统可对压装数据、车轴检测数据、车轮检测数据进行统计分析，得出分析决策并更改车轴工艺参数，或优化压装、车轮的调度信息。

4.5  齿轮箱和轮对轴组装过程运行管理

齿轮箱的组装过程采用智能化系统，按标准化作业方式，对轴承、大齿轮、小轴进行组装，并利用传感装置，实现物料、生产等信息的采集，保证数据的及时性和准确性。轮对轴箱的组装过程应利用智能化装置实现轴承、轴箱的自动检测与选配，并进行智能化传输入库。

5  智能工厂运行管理的进一步思考

智能生产运行管理过程是在完善的规章制度和智能装备的基础上，将产品单件跟踪号、加工标准、装备的信息收集和传递、质量信息、检测数据、物流信息等以制造執行系统为中心结合起来，借助管理监控平台、看板系统等信息化工具管理，实现定时、定向推送，提高车间管理可视化程度，便于管理人员检查车间物流、设备、产品、工作状态等，并对异常信息及时响应，达到提高轮对生产效率、提升轮对产品的质量、降低成本的效果。实施智能生产管理的同时，应考虑实施的效果，因此后续有必要设计出相应的标准和验证平台，研究如何对智能生产管理进行试验验证。

6  结  论

智能工厂是以打通企业生产经营管理全部流程为着眼点，实现从产品设计到销售，从设备控制到企业资源管理所有环节的信息快速交换、传递、存储、处理和无缝智能化集成。智能工厂生产运行管理制度标准的制定将有效推进智能制造行业的发展。本文结合动车组制造企业智能车间轮对生产运行的研究，通过抽取动车组制轮对智能车间运行管理的要素，提出了动车组轮对智能车间在研发、生产、制造等方面的运行管理设计思路，明确制造执行过程中的智能排产、物料管理、数据采集、现场监控、质量控制、设备管理等管理控制要点，规定了轮对车间的设备、经营、制造执行等环节的运行管理要求，保证运行管理有效性，能够达到降低智能车间运行管理的风险、差错与成本的目的。

参考文献：

[1] 张祖国.基于全制造服务周期的智能工厂系统结构模型 [J].舰船科学技术，2016，38（9）：121-128.

[2] 李利民，侯轩，毕晋燕.高端装备制造业智能工厂建设思路和构想 [J].科技创新与生产力，2016（4）：16-19.

[3] 王麟琨，王春喜.智能工厂/数字化车间参考模型概述与分析 [J].中国仪器仪表，2017（10）：63-72.

[4] 郑华.智能工厂建设从理念到实践的探索 [J].中国管理信息化，2017，20（22）：66-67.

[5] 甘嘉裕.服装制造业工厂智能管理系统设计与实现 [D].杭州：浙江大学，2018.

作者简介：范昊（1992-），男，汉族，江西赣州人，设计师，工程师，硕士研究生，研究方向：智能制造、智能工厂等。